WO2012160950A1 - Ｐｍセンサ - Google Patents

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正文 野田
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いすゞ自動車株式会社
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    • F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a PM sensor capable of detecting an average amount of PM deposited in the entire DPF and ensuring a sufficiently large capacitance for detection.
  • a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is installed in an exhaust gas exhaust flow path from the internal combustion engine to the atmosphere. ) Is collected.
  • the DPF is a member that temporarily collects PM in a honeycomb pore filter made of porous ceramic.
  • PM deposit amount When the amount of PM trapped in the DPF (hereinafter referred to as PM deposit amount) increases, the exhaust pressure of the internal combustion engine rises and the characteristics of the internal combustion engine deteriorate, so the process of burning the trapped PM is performed. Is called. This process is called DPF regeneration. During the DPF regeneration, fuel injection for increasing the exhaust temperature is performed. When the exhaust gas temperature rises, the DPF is heated up and the PM collected in the DPF burns.
  • PM As a PM sensor for detecting the PM deposition amount, a sensor is known in which two electrodes are installed in the DPF and the PM deposition amount is detected from the capacitance of a capacitor formed by the two electrodes.
  • PM which is a mixture of a dielectric and a conductor, is deposited between the electrodes, so that the capacitance increases linearly with respect to the amount of PM deposited.
  • the conventional PM sensor 91 shown in FIG. 9 has two electrodes 93 and 94 formed in a half-cylindrical shape on the outer periphery of a columnar DPF 92.
  • the capacitance of the capacitor formed by the two electrodes 93 and 94 changes according to the total amount of PM deposited on the DPF 92 (Patent Document 1).
  • one electrode 103 is installed on the outer periphery of a cylindrical DPF 102, and the other electrode 104 is installed concentrically on the inner side.
  • the capacitance of the capacitor formed by the two electrodes 103 and 104 changes according to the amount of PM deposited on a part of the DPF 102 sandwiched between the two electrodes 103 and 104 (Patent Document 2).
  • the DPF is accommodated in a metal housing for protecting the DPF, and this housing is attached to the vehicle body. For this reason, a capacitor is also formed between the electrode installed on the outer periphery of the DPF and the housing.
  • the capacitance of the capacitor formed by the electrodes 93 and 94 and the housing 95 is 2.
  • the capacitance of the capacitor by the two electrodes 93 and 94 is significantly larger.
  • the capacitance of the capacitor formed by the electrodes 93 and 94 and the housing 95 is unstable both thermally and mechanically.
  • the circuit of the PM sensor 91 is a circuit in which the electrodes 93 and 94 and the capacitor of the housing 95 are connected in parallel to the capacitor of the two electrodes 93 and 94. If the capacitor for which the PM deposition amount is to be detected has a capacitance that is significantly larger than that and an unstable capacitor is connected in parallel, the PM deposition amount cannot be detected accurately.
  • the capacitance of the capacitor by the two electrodes 103 and 104 is increased by reducing the distance between the outer electrode 103 and the inner electrode 104.
  • the inner electrode 104 is disposed near the outer periphery of the DPF 102, and the PM deposition amount in a part of the DPF 102 inside the inner electrode 104 cannot be detected. If the PM deposition amount is detected only in a part of the DPF 102 outside the inner electrode 104, the detected value may deviate from the average PM deposition amount of the entire DPF 102.
  • an object of the present invention is to provide a PM sensor that solves the above-described problems, can detect the average amount of PM deposited in the entire DPF, and can secure a sufficiently large capacitance for detection. .
  • the PM sensor of the present invention has a plurality of cells stacked vertically and horizontally, surrounded by walls made of a porous material, and the end faces of the cells are alternately plugged vertically and horizontally.
  • a diesel particulate filter (hereinafter referred to as a DPF) is provided with first and second electrodes, and the DPF particulate matter (hereinafter referred to as the DPF) due to the capacitance of a capacitor formed by the first and second electrodes.
  • the first electrode is inserted into a plurality of open cells arranged in a diagonal line among cells that are not sealed (hereinafter referred to as open cells), and the first The second electrode is inserted into a plurality of open cells arranged in a diagonal line including the second open cell adjacent in the vertical and horizontal directions from each open cell in which the first electrode is inserted, and the first electrode is Inserted Each from an open cell and the direction in which the opposite direction to the plurality of the even open cell second electrodes arranged in a diagonal direction one column including an open cell adjacent to the second is inserted.
  • the present invention exhibits the following excellent effects.
  • the DPF 1 is formed by stacking a plurality of cells 3 vertically and horizontally surrounded by walls 2 made of a porous material vertically and horizontally, and sealing the end surfaces of the cells 3 alternately vertically and horizontally.
  • the sealing is indicated by hatching.
  • the sealed cell 3 is called a sealed cell 3a
  • the unsealed cell is called an open cell 3b.
  • both vertical and horizontal neighbors of the sealed cell 3a are open cells 3b
  • both vertical and horizontal neighbors of the open cell 3b are sealed cells 3a.
  • the end surface shape of the cell 3 is a square here, it may be a shape that can be continuously arranged, such as a rectangle or a parallelogram.
  • ⁇ Sealing and opening are reversed between the end face on one side and the end face on the opposite side. That is, in one cell 3, if one end face is sealed, the opposite end face is always open, and if one end face is open, the opposite end face is always sealed. Therefore, the same cell 3 becomes a sealed cell 3a when viewed from one side, and becomes an open cell 3b when viewed from the opposite side.
  • the DPF 1 is installed in the exhaust gas discharge passage, and either end face is desired upstream and the opposite end face is desired downstream.
  • exhaust gas does not flow into the sealing cell 3a, but exhaust gas flows only into the open cell 3b. Since the open cell 3b into which the exhaust gas has flowed is sealed at the opposite end face desired downstream to become a sealed cell 3a, the exhaust gas passes through the wall 2 made of a porous material and is adjacent to the sealed cell 3a. Move to. Since the adjacent sealing cell 3a has an open end cell 3b that is open at the opposite end face desired downstream, the exhaust gas flows out from the open cell 3b.
  • the inventor devised the PM sensor 4 shown in FIG. 3 in the process leading to the present invention.
  • This PM sensor 4 is provided with first and second electrodes 5 and 6 on the DPF 1, and the amount of PM deposited on the DPF 1 is detected by the capacitance of the capacitor formed by the first and second electrodes 5 and 6. Is.
  • the first electrode 5 is inserted into a plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line among all the open cells 3b, and adjacent to the plurality of open cells 3b into which the first electrode 5 is inserted.
  • the second electrode 6 is inserted into the plurality of open cells 3b arranged in a line in the diagonal direction. Since the open cells 3b are arranged alternately with the plugged cells 3a, the open cells 3b adjacent to the open cells 3b are the open cells 3b adjacent to each other by skipping the plugged cells 3a vertically and horizontally. is there.
  • the electrodes 5 and 6 inserted into the open cell 3b are, for example, metal wires.
  • the plurality of first electrodes 5 inserted into the open cells 3 b in a row are short-circuited by a short-circuit line 7.
  • a plurality of second electrodes 6 inserted in another row of open cells 3 b are short-circuited by another short-circuit line 8.
  • the depth at which the electrodes 5 and 6 are inserted from the end face is arbitrary, but as the electrodes are inserted deeper, the length of the electrodes 5 and 6 becomes longer, which contributes to an increase in the electrode facing area. Therefore, for example, it is preferable that the electrodes 5 and 6 reach near the place where the opposite end face of the open cell 3b is sealed.
  • the end face into which the electrodes 5 and 6 are inserted may be the end face desired upstream of the exhaust gas discharge passage or the end face desired downstream, but the electrodes 5 and 6 are inserted into the same end face.
  • the second electrode 6 closest to the electrode P0 is an electrode Q0 on a diagonal line intersecting the column formed by the first electrode 5, and when the pitch (vertical and horizontal width) of the cells 3 is d, the pair of electrodes P0 The distance between Q0 is ⁇ 2d. Therefore, the electrode P0 and the electrode Q0 form a capacitor having a distance between electrodes of ⁇ 2d and an electrode facing area proportional to the electrode diameter.
  • the second electrode 6 next closest to the electrode P0 is the electrodes Q + 1 and Q-1 positioned in the immediate vicinity of the electrode Q0 on the column formed by the second electrode 6, and the distance between the electrode P0 and Q ⁇ 1 is 2d.
  • the electrode P0 and the electrode Q ⁇ 1 form two capacitors having a distance between the electrodes of 2d and an electrode facing area proportional to the electrode diameter.
  • a capacitor is formed by the electrode P0 and a plurality of second electrodes 6 that are in order from the third and subsequent electrodes.
  • a capacitor composed of a plurality of first electrodes 5 and a plurality of second electrodes 6 formed by combining them has a distance between electrodes of ⁇ 2d and a parallel structure composed of two electrode plates having a predetermined electrode facing area. It can be regarded as a plate capacitor.
  • the capacitor composed of the plurality of first electrodes 5 and the plurality of second electrodes 6 has a short inter-electrode distance of ⁇ 2d as compared with the conventional PM sensors 91 and 101, so that the capacitance is large. Since 6 is away from the housing, it can be expected that the influence of the housing is reduced.
  • metal wires are inserted into the open cells 3b as the electrodes 5 and 6, and the inserted metal wires ensure durability against high temperatures during DPF regeneration and mechanical vibration during vehicle travel. Therefore, a wire diameter that is somewhat thick is necessary. Considering the thickness and clearance of the wall 2 with respect to the pitch d of the cell 3, the wire diameter is determined as thick as possible.
  • FIG. 4 shows the end face of the DPF 1 further enlarged.
  • the flow rate of the exhaust gas is limited as compared with the general open cells R. Assuming that the PM content in the exhaust gas is uniform regardless of the location, the amount of PM flowing is smaller at locations where the flow rate is smaller. Therefore, the wall 2 of the open cell 3b of the electrodes P0 and Q0 has a smaller PM deposition amount than the wall 2 of the general open cell R. This is common to the open cell 3b in which all the electrodes 5 and 6 are inserted. Therefore, when viewed in FIG. 3, the inner wall 2 of the capacitor composed of the electrodes 5 and 6 is the wall 2 having a small amount of PM deposited as described in FIG. On the other hand, all the open cells 3b into which the electrodes 5 and 6 are not inserted are the general open cells R described with reference to FIG. 4, and all the walls 2 surrounding the four sides are walls 2 with a large amount of PM deposition. .
  • the PM deposition amount detected by the PM sensor 4 is smaller than the PM deposition amount in the open cell R, and smaller than the average PM deposition amount of the entire DPF 1.
  • the present inventor has devised the electrode arrangement and devised the PM sensor 9 shown in FIG. 5 so that the average PM deposition amount of the entire DPF 1 can be detected.
  • the PM sensor 9 shown in FIG. 5 includes a first electrode 5 inserted into a plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line among the open cells 3b, and each open cell 3b into which the first electrode 5 is inserted.
  • the second electrode 6 is inserted into a plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line including the second adjacent open cell 3b.
  • the open cell 3b adjacent to the second is an open cell 3b adjacent to each other by skipping two plugged cells 3a and one open cell 3b vertically and horizontally.
  • the four walls 2 surrounding the open cell S for detection are walls 2 in which the flow rate of the exhaust gas is not restricted similarly to the four walls 2 of the general open cell R. Therefore, the same amount of PM deposition as that of the open cell R is obtained in the detection open cell S.
  • the PM deposition amount detected by the PM sensor 9 is This can be regarded as the average PM deposition amount of the entire DPF1.
  • the distance between the electrodes of the capacitor due to the electrodes 5 and 6 is 2 ⁇ 2d, and the distance between the electrodes of the capacitor due to the electrodes 5 and 6 is twice that of the PM sensor 4 in FIG. Therefore, the electrostatic capacity is halved.
  • the present inventor has arrived at the present invention by further devising the electrode arrangement so that the average PM deposition amount of the entire DPF 1 can be detected and the capacitance is increased. That is, as shown in FIG. 7, in the PM sensor 10 of the present invention, the first electrode 5 is inserted into a plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line among the open cells 3b, and the first electrode 5 is The second electrode 6 is inserted into a plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line including the open cells 3b adjacent to each other in the vertical and horizontal directions from each inserted open cell 3b, and the first electrode 5 is The second electrode 6 is also inserted into the plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line including the open cells 3b adjacent to each other in the direction opposite to the one direction from the inserted open cells 3b.
  • short-circuit lines 8, 7, and 8 are arranged along the end face of the DPF 1 along the row of the open cells 3b in which the electrodes 5 and 6 are inserted.
  • the electrodes 5 and 6 are inserted into the open cells 3b so that the rows pass near the diameter of the cylindrical DPF 1, the number of the electrodes 5 and 6 is the largest.
  • the diameter of the DPF 1 is 200 mm and the pitch (vertical / horizontal width) d of the cells 3 is 1 mm, nearly 140 cells 3 are diagonally arranged near the diameter, so that the open cells into which the electrodes 5 and 6 are inserted are arranged. 3b is close to 140 pieces each.
  • the first and second electrodes 5 and 6 inserted into the open cell 3b of the DPF 1 are short-circuited by the short-circuit lines 8, 7, and 8, respectively, and the short-circuit lines 8, 7, and 8 are connected to a detection circuit (not shown).
  • the short-circuit wires 8 and 8 are short-circuited. Since the detection circuit is the same as the conventional one, the description thereof is omitted.
  • the plurality of open cells 3b arranged in the diagonal line with the first electrode 5 inserted are arranged in the diagonal line with the second electrode 6 inserted.
  • a plurality of open cells 3b are adjacent to each other with two plugged cells 3a and one open cell in the vertical and horizontal directions, and at the same time arranged in a diagonal line with the second electrode 6 inserted in the opposite direction.
  • a plurality of open cells 3b are adjacent to each other with two plugged cells 3a and one open cell.
  • the capacitor composed of one row of the first electrodes 5 and two rows of the second electrodes 6 has a distance between the electrodes of 2 ⁇ 2d and a parallel structure composed of three electrode plates each having a predetermined electrode facing area. It can be regarded as a plate capacitor.
  • the PM sensor 10 of the present invention has a capacitor composed of one row of the first electrodes 5 and two rows of the second electrodes 6, the capacitance is twice that of the PM sensor 9 of FIG. 5, and the PM of FIG. A capacitance equivalent to that of the sensor 4 can be obtained. Moreover, in the PM sensor 10, the detection open cell S exists inside the capacitor composed of the electrodes 6, 5, 6. Therefore, the detected PM accumulation amount is larger than that of the PM sensor 4 of FIG. This can be regarded as an average amount of PM deposition.
  • the number of rows of electrodes 5 may be increased to form a capacitor composed of two rows of first electrodes 5 and two rows of second electrodes 6.
  • the number of the electrodes 5 and 6 is twice that of the PM sensor 9 in FIG. 5, but the capacitance is three times, so that the advantage is great.
  • the capacitance increases, but the number of open cells 3b in which the flow rate of exhaust gas is restricted also increases. Therefore, the number of rows of electrodes 5 and 6 is appropriately determined. Good.
  • the capacitor formed by the electrodes 5 and 6 has a significantly larger capacitance than the capacitor formed by the electrodes 93 and 94 with the DPF 92 sandwiched as in the PM sensor 91 of FIG. Become.
  • the capacitance of the capacitor formed by the electrodes 5 and 6 and the housing since the electrodes 5 and 6 are separated from the housing, the capacitance of the capacitor formed by the electrodes 5 and 6 is significantly increased. . Therefore, the PM accumulation amount can be accurately detected.
  • the electrodes 6, 5, 6 are respectively inserted into the plurality of open cells 3b arranged in a diagonal line, the electrodes 103, 104 are arranged like the PM sensor 101 of FIG. Unlike the arrangement that is biased near the outer periphery of the DPF 62, the electrodes 5 and 6 are positioned so as not to be biased near the outer periphery of the DPF 1, and the average PM deposition amount of the entire DPF 1 can be detected.
  • the PM deposition amount in the range from the center portion of the DPF 1 to the outer peripheral portion is detected.
  • the detected PM deposition amount can be regarded as the average PM deposition amount of the entire DPF 1. .

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Abstract

　ＤＰＦ全体の平均的なＰＭ堆積量が検出でき、かつ、検出に十分な大きさの静電容量が確保できるＰＭセンサを提供する。　ＤＰＦ１に第一、第二の電極５、６が設けられるＰＭセンサ９において、開放セル３ｂのうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第一の電極５が挿入され、第一の電極５が挿入された各開放セル３ｂから縦横一方向に２つ目に隣接する開放セル３ｂを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第二の電極６が挿入され、第一の電極５が挿入された各開放セル３ｂから前記一方向とは反対方向に２つ目に隣接する開放セル３ｂを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂにも第二の電極６が挿入された。

Description

ＰＭセンサ
　本発明は、ＤＰＦ全体の平均的なＰＭ堆積量が検出でき、かつ、検出に十分な大きさの静電容量が確保できるＰＭセンサに関する。
　ディーゼルエンジンなどの内燃機関が搭載された車両では、内燃機関から大気までの排ガスの排出流路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が設置され、このＤＰＦに粒子状物質（以下、ＰＭという）が捕集される。ＤＰＦは、多孔質セラミックからなるハニカム細孔状のフィルタにＰＭを一時的に捕集する部材である。
　ＤＰＦに捕集されているＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量という）が多くなると内燃機関の排気圧力が上昇し内燃機関の特性低下をきたすため、捕集されているＰＭを燃焼させる処理が行われる。この処理をＤＰＦ再生という。ＤＰＦ再生時には、排気温度を上昇させるための燃料噴射が行われる。排気温度が上昇すると、ＤＰＦが昇温され、ＤＰＦに捕集されているＰＭが燃焼する。
　このとき、ＰＭ堆積量が多すぎると、ＤＰＦ再生時の熱でＤＰＦが損傷してしまう。ＰＭ堆積量が多すぎにならないうちにＤＰＦ再生するためには、ＰＭ堆積量を正確に検出する必要がある。
　ＰＭ堆積量を検出するＰＭセンサとして、ＤＰＦに２つの電極が設置され、２つの電極により形成されるコンデンサの静電容量からＰＭ堆積量が検出されるものが知られている。この種のＰＭセンサでは、誘電体と導体の混合物であるＰＭが電極間に堆積することになるので、ＰＭ堆積量に対して直線的に静電容量が増大する。
　図９に示された従来のＰＭセンサ９１は、円柱状のＤＰＦ９２の外周に半割円筒状に形成された２つの電極９３、９４が設置されている。２つの電極９３、９４がＤＰＦ９２を挟んで対向することにより、２つの電極９３、９４により形成されるコンデンサの静電容量がＤＰＦ９２の全体のＰＭ堆積量に応じて変化する（特許文献１）。
　図１０に示された従来のＰＭセンサ１０１は、円柱状のＤＰＦ１０２の外周に一方の電極１０３が設置され、これよりも内側にもう一方の電極１０４が同心状に設置されている。２つの電極１０３、１０４により形成されるコンデンサの静電容量が２つの電極１０３、１０４に挟まれたＤＰＦ１０２の一部分のＰＭ堆積量に応じて変化する（特許文献２）。
特開２０１０－１４４６３０号公報 特開２０１１－０１２５７７号公報
　しかしながら、一般に、ＤＰＦは、ＤＰＦを保護するための金属製のハウジングに収容され、このハウジングが車体に取り付けられる。このため、ＤＰＦの外周に設置された電極とハウジングとの間にもコンデンサが形成される。
　図９のＰＭセンサ９１では、電極９３、９４とハウジング９５との距離が２つの電極９３、９４間の距離よりも顕著に短いため、電極９３、９４とハウジング９５によるコンデンサの静電容量が２つの電極９３、９４によるコンデンサの静電容量よりも顕著に大きい。さらに、電極９３、９４とハウジング９５によるコンデンサの静電容量は、熱的にも機械的にも不安定である。この結果、ＰＭセンサ９１の回路は、２つの電極９３、９４によるコンデンサに対して電極９３、９４とハウジング９５によるコンデンサが並列に接続された回路となる。ＰＭ堆積量を検出するべきコンデンサに、それよりも静電容量が顕著に大きく、なおかつ、不安定なコンデンサが並列に接続されたのでは、ＰＭ堆積量を正確に検出することができない。
　図１０のＰＭセンサ１０１では、外周の電極１０３と内側の電極１０４との距離を近づけることにより、２つの電極１０３、１０４によるコンデンサの静電容量が大きくなる。しかし、そのためには内側の電極１０４をＤＰＦ１０２の外周近くに配置することになり、内側の電極１０４より内側のＤＰＦ１０２の一部分のＰＭ堆積量は検出できなくなる。内側の電極１０４より外側のＤＰＦ１０２の一部分のみＰＭ堆積量を検出したのでは、検出値がＤＰＦ１０２全体の平均的なＰＭ堆積量と乖離するおそれがある。
　そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＤＰＦ全体の平均的なＰＭ堆積量が検出でき、かつ、検出に十分な大きさの静電容量が確保できるＰＭセンサを提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明のＰＭセンサは、多孔質材料からなる壁で縦横の四面が囲まれた複数のセルが縦横に積層され前記セルの端面が縦横に交互に目封じされてなるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）に、第一、第二の電極が設けられ、前記第一、第二の電極により形成されるコンデンサの静電容量により前記ＤＰＦの粒子状物質（以下、ＰＭという）の堆積量が検出されるＰＭセンサにおいて、目封じされないセル（以下、開放セルという）のうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セルに前記第一の電極が挿入され、前記第一の電極が挿入された各開放セルから縦横一方向に２つ目に隣接する開放セルを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セルに前記第二の電極が挿入され、前記第一の電極が挿入された各開放セルから前記一方向とは反対方向に２つ目に隣接する開放セルを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セルにも前記第二の電極が挿入されたものである。
　本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
　（１）ＤＰＦ全体の平均的なＰＭ堆積量が検出できる。
　（２）検出に十分な大きさの静電容量が確保できる。
本発明が適用されるＤＰＦの部分端面図である。 本発明が適用されるＤＰＦの部分側断面図である。 本発明に至る過程で考案したＰＭセンサが取り付けられたＤＰＦの部分端面図である。 図３の要部拡大図である。 本発明に至る過程で考案したＰＭセンサが取り付けられたＤＰＦの部分端面図である。 図５の要部拡大図である。 本発明のＰＭセンサが取り付けられたＤＰＦの部分端面図である。 本発明のＰＭセンサが取り付けられたＤＰＦの斜視図である。 従来のＰＭセンサの斜視図である。 従来のＰＭセンサの斜視図である。
　以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　まず、本発明の基礎としてＤＰＦの構造と機能について説明する。
　図１に示されるように、ＤＰＦ１は、多孔質材料からなる壁２で縦横の四面が囲まれた複数のセル３が縦横に積層されセル３の端面が縦横に交互に目封じされてなる。図では、目封じをハッチングで示す。目封じされたセル３を目封じセル３ａ、目封じされないセルを開放セル３ｂという。図示のように、目封じセル３ａの両縦隣及び両横隣は開放セル３ｂであり、開放セル３ｂの両縦隣及び両横隣は目封じセル３ａである。なお、セル３の端面形状は、ここでは正方形としているが、長方形、平行四辺形など、連続的に並べることのできる形状であればよい。
　片側端面と反対側端面とでは、目封じと開放とが逆転する。すなわち、１つのセル３は、片側端面が目封じされていれば、反対側端面は必ず開放であり、片側端面が開放であれば、反対側端面は必ず目封じされている。従って、同じセル３が片側から見れば目封じセル３ａとなり、反対側から見れば開放セル３ｂとなる。
　図２に示されるように、ＤＰＦ１は、排ガスの排出流路に設置され、どちらかの端面が上流に望み、反対の端面が下流に望む。上流に望む面では、目封じセル３ａには排ガスは流入せず、開放セル３ｂのみに排ガスが流入する。排ガスが流入した開放セル３ｂは、下流に望む反対側端面で目封じされて目封じセル３ａとなっているため、排ガスは、多孔質材料からなる壁２を通り抜けて、隣の目封じセル３ａに移動する。隣の目封じセル３ａは、下流に望む反対側端面が開放されて開放セル３ｂとなっているため、排ガスは、この開放セル３ｂから流出する。このようにして、排ガスが壁２を通り抜けるときに、排ガス中のＰＭが多孔質材料からなる壁２に吸着される。図２では、１つの開放セル３ｂに流入した排ガスが隣接する２つの目封じセル３ａに移動するように示されているが、実際には１つの開放セル３ｂに流入した排ガスが縦横に隣接する４つの目封じセル３ａに移動するので、縦横４つの壁２にＰＭが吸着される。
　本発明者は、本発明に至る過程で、図３に示されるＰＭセンサ４を考案した。このＰＭセンサ４は、ＤＰＦ１に第一、第二の電極５、６が設けられ、第一、第二の電極５、６により形成されるコンデンサの静電容量によりＤＰＦ１のＰＭ堆積量が検出されるものである。
　ＰＭセンサ４では、全ての開放セル３ｂのうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第一の電極５が挿入され、第一の電極５が挿入された複数の開放セル３ｂに隣接して対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第二の電極６が挿入される。開放セル３ｂが目封じセル３ａと交互に配置されているので、開放セル３ｂに隣接する開放セル３ｂとは、目封じセル３ａを縦横に１つ飛ばして隣接している開放セル３ｂのことである。
　開放セル３ｂに挿入される電極５、６は、例えば、金属線である。一列の開放セル３ｂに挿入された複数の第一の電極５同士は、短絡線７で短絡される。同様に、別の一列の開放セル３ｂに挿入された複数の第二の電極６同士は、別の短絡線８で短絡される。電極５、６が端面から挿入される深さは、任意であるが、深く挿入するほど電極５、６の長さが長くなり、電極対向面積の増加に寄与する。従って、例えば、電極５、６は、開放セル３ｂの反対側端面の目封じされている箇所近くまで届いているのが好ましい。
　電極５、６が挿入される端面は、排ガスの排出流路の上流に望む端面でも、下流に望む端面でもよいが、電極５、６は同じ端面に挿入される。
　図３のＰＭセンサ４において、複数の第一の電極５のうち、１つの電極Ｐ０に着目する。電極Ｐ０に最も近い第二の電極６は、第一の電極５が形成する列に対して交差する対角線上にある電極Ｑ０となり、セル３のピッチ（縦横幅）をｄとすると、電極Ｐ０対Ｑ０間距離は√２ｄとなる。よって、電極Ｐ０と電極Ｑ０とにより、電極間距離が√２ｄで、電極径に比例する電極対向面積を有するコンデンサが形成される。電極Ｐ０に次に近い第二の電極６は、第二の電極６が形成する列上で電極Ｑ０の直近に位置する電極Ｑ＋１，Ｑ－１となり、電極Ｐ０対Ｑ±１間距離は２ｄとなる。電極Ｐ０と電極Ｑ±１とにより、電極間距離が２ｄで、電極径に比例する電極対向面積を有するコンデンサが２つ形成される。同様に、電極Ｐ０と３番目以降、順次に近い複数の第二の電極６とによってもそれぞれコンデンサが形成される。これらを総合してなる複数の第一の電極５と複数の第二の電極６とからなるコンデンサは、電極間距離が√２ｄで、所定の電極対向面積を有する２枚の電極板からなる平行平板コンデンサと見なせる。
　複数の第一の電極５と複数の第二の電極６とからなるコンデンサは、従来のＰＭセンサ９１、１０１に比べて電極間距離が√２ｄと短いので、静電容量が大きく、電極５、６がハウジングから離れているので、ハウジングによる影響が小さくなることが期待できる。
　ところで、ＰＭセンサ４では、電極５、６として金属線が開放セル３ｂに挿入されるが、挿入される金属線は、ＤＰＦ再生時の高温と車両走行時の機械的振動に対する耐久性を確保するために、ある程度太い線径が必要である。セル３のピッチｄに対して壁２の厚みとクリアランスを考慮し、できるだけ太く線径が決まる。
　図４に、ＤＰＦ１の端面をさらに拡大して示す。
　電極５、６が挿入された開放セル３ｂのうち電極Ｐ０、Ｑ０の開放セル３ｂについて、目封じセル３ａから壁２を通り抜けて流れ込む排ガスの流れを矢印で示す。この矢印は、図２の側断面で見た矢印を端面から見たものである。ただし、実際には、１つの開放セル３ｂに縦横４つの壁２を通り抜けて縦横４つの目封じセル３ａから排ガスが流れ込むが、ここでは、電極５、６からなるコンデンサの内側（電極板間）についてのみ示してある。先述のように、排ガスが壁２を通り抜けるときに壁２にＰＭが吸着されるので、電極Ｐ０、Ｑ０間の壁２にはＰＭが堆積する。同様に、電極５、６が挿入されない一般の開放セルＲにも、縦横４つの目封じセル３ａから排ガスが流れ込み壁２にもＰＭが堆積する。
　このとき、電極Ｐ０、Ｑ０の開放セル３ｂは、電極５、６が挿入されているため、一般の開放セルＲに比べて排ガスの流量が制約されて少なくなる。排ガス中のＰＭ含有量が場所によらず均一であるとすると、流量の少ない場所ほどＰＭの流れる量が少ない。よって、電極Ｐ０、Ｑ０の開放セル３ｂの壁２は、一般の開放セルＲの壁２に比べてＰＭ堆積量が少なくなる。このことは、全ての電極５、６が挿入された開放セル３ｂに共通である。したがって、図３で見ると、電極５、６からなるコンデンサの内側の壁２は、全て図４で説明したＰＭ堆積量が少ない壁２となっている。これに対し、電極５、６が挿入されない全ての開放セル３ｂは、図４で説明した一般の開放セルＲであり、四方を囲む全ての壁２がＰＭ堆積量が多い壁２となっている。
　この結果、ＰＭセンサ４で検出されるＰＭ堆積量は、開放セルＲにおけるＰＭ堆積量より少なくなり、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量より少なくなる。
　そこで、本発明者は、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量が検出できるよう、電極配置を工夫して図５に示されるＰＭセンサ９を考案した。
　図５に示されるＰＭセンサ９は、開放セル３ｂのうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第一の電極５が挿入され、第一の電極５が挿入された各開放セル３ｂから２つ目に隣接する開放セル３ｂを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第二の電極６が挿入される。２つ目に隣接する開放セル３ｂとは、縦横に目封じセル３ａを２つと開放セル３ｂを１つ飛ばして隣接している開放セル３ｂのことである。
　図６に示されるように、ＰＭセンサ９では、電極Ｐ０が挿入された開放セル３ｂと電極Ｑ０が挿入された開放セル３ｂとの間に、電極５、６が挿入されない開放セル３ｂが１つ存在する。つまり、電極５、６からなるコンデンサの内側に電極５、６が挿入されない開放セル３ｂが存在する。これを検出用開放セルＳと呼ぶことにする。
　検出用開放セルＳを囲む４つの壁２は、一般の開放セルＲの４つの壁２と同様に排ガスの流量が制約されない壁２である。よって、検出用開放セルＳには開放セルＲと同量のＰＭ堆積量が得られる。
　図５で見ると、電極５、６からなるコンデンサの内側には、開放セルＲとＰＭ堆積量が同等の検出用開放セルＳが存在するので、ＰＭセンサ９で検出されるＰＭ堆積量は、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量と見なせる。
　しかしながら、図５に示されるＰＭセンサ９は、電極５、６によるコンデンサの電極間距離が２√２ｄとなり、図３のＰＭセンサ４に比べて電極５、６によるコンデンサの電極間距離が２倍となるため、静電容量が１／２になってしまう。
　そこで、本発明者は、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量が検出でき、しかも、静電容量が大きくなるよう、電極配置をいっそう工夫して本発明に至った。すなわち、図７に示されるように、本発明のＰＭセンサ１０は、開放セル３ｂのうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第一の電極５が挿入され、第一の電極５が挿入された各開放セル３ｂから縦横一方向に２つ目に隣接する開放セル３ｂを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに第二の電極６が挿入され、第一の電極５が挿入された各開放セル３ｂから前記一方向とは反対方向に２つ目に隣接する開放セル３ｂを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂにも第二の電極６が挿入される。
　図８に示されるように、本発明のＰＭセンサ１０は、電極５、６が挿入された開放セル３ｂの列に沿う短絡線８、７、８がＤＰＦ１の端面に沿って布設される。この列の長さ（セル３の個数）が長くなるほど、電極５、６の本数が増えて電極対向面積の増加に寄与するので、望ましい。例えば、円柱状のＤＰＦ１の直径近傍を列が通るように開放セル３ｂに電極５、６が挿入されると、電極５、６の本数が最も多くなる。例えば、ＤＰＦ１の直径が２００ｍｍで、セル３のピッチ（縦横幅）ｄが１ｍｍであれば、直径近傍には斜めに１４０個に近いセル３が並ぶので、電極５、６が挿入される開放セル３ｂは、各々１４０個に近くなる。
　このようにＤＰＦ１の開放セル３ｂに挿入された第一、第二の電極５、６が短絡線８、７、８でそれぞれ短絡され、短絡線８、７、８が図示しない検出回路に接続される。短絡線８、８同士は短絡される。検出回路は、従来と同様であるので、説明を省略する。
　以下、本発明のＰＭセンサ１０の動作を説明する。
　図８のＤＰＦ１においてＰＭが堆積すると、図７に示した部分においても、複数の第一の電極５と複数の第二の電極６との間にあるセル３の壁２に堆積したＰＭの堆積量が増加する。よって、電極５、６からなるコンデンサの静電容量が大きくなる。
　このとき、本発明のＰＭセンサ１０では、第一の電極５が挿入された対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに対して、第二の電極６が挿入された対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂが縦横一方向に目封じセル３ａを２つと開放セルを１つ挟んで隣接していると同時に、反対方向にも第二の電極６が挿入された対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂが目封じセル３ａを２つと開放セルを１つ挟んで隣接している。これにより、一列の第一の電極５と二列の第二の電極６とからなるコンデンサは、電極間距離が各々２√２ｄで、所定の電極対向面積を有する３枚の電極板からなる平行平板コンデンサと見なせる。
　本発明のＰＭセンサ１０では、一列の第一の電極５と二列の第二の電極６とからなるコンデンサを有するので、図５のＰＭセンサ９の２倍の静電容量、図３のＰＭセンサ４と同等の静電容量が得られる。しかも、ＰＭセンサ１０では、電極６、５、６からなるコンデンサの内側に検出用開放セルＳが存在するので、検出されるＰＭ堆積量は、図３のＰＭセンサ４と比べると、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量と見なせる。
　ただし、電極５、６の本数は、図５のＰＭセンサ９の１．５倍となるが、静電容量が２倍になるので、利点が大きい。
　電極５の列を増やして、二列の第一の電極５と二列の第二の電極６とからなるコンデンサを形成してもよい。この場合、電極５、６の本数は、図５のＰＭセンサ９の２倍となるが、静電容量が３倍になるので、利点が大きい。電極５、６の列の数が増えるほど、静電容量は大きくなるが、排ガスの流量が制約される開放セル３ｂが増えることにもなるので、電極５、６の列の数は適宜に決めるとよい。
　以上説明したように、本発明のＰＭセンサ１０では、電極５、６によるコンデンサは、図９のＰＭセンサ９１のようにＤＰＦ９２を挟んだ電極９３、９４によるコンデンサよりも顕著に静電容量が大きくなる。同時に、電極５、６と図示しないハウジングとによるコンデンサの静電容量に比べると、電極５、６がハウジングから離れているので、電極５、６によるコンデンサの方が顕著に静電容量が大きくなる。よって、ＰＭ堆積量を正確に検出することができる。
　また、本発明のＰＭセンサ１０では、電極６、５、６がそれぞれ対角方向一列に並ぶ複数の開放セル３ｂに挿入されるので、図１０のＰＭセンサ１０１のように、電極１０３、１０４がＤＰＦ６２の外周近くに偏った配置とは異なり、電極５、６がＤＰＦ１の外周近くに偏らない配置となり、ＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量を検出することができる。特に、本実施形態のように、電極６、５、６の列がＤＰＦ１の直径に沿う配置では、ＤＰＦ１の中心部から外周部にわたる範囲のＰＭ堆積量が検出される。
　さらに、本発明のＰＭセンサ１０では、電極６、５、６からなるコンデンサの内側に検出用開放セルＳが存在するので、検出されるＰＭ堆積量がＤＰＦ１全体の平均的なＰＭ堆積量と見なせる。
　１　ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
　２　壁
　３　セル
　３ａ　目封じセル
　３ｂ　開放セル
　４　ＰＭセンサ
　５　第一の電極
　６　第二の電極
　７　短絡線
　８　短絡線
　９　ＰＭセンサ
　１０　ＰＭセンサ

Claims (1)

  1. 　多孔質材料からなる壁で縦横の四面が囲まれた複数のセルが縦横に積層され前記セルの端面が縦横に交互に目封じされてなるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）に、第一、第二の電極が設けられ、前記第一、第二の電極により形成されるコンデンサの静電容量により前記ＤＰＦの粒子状物質（以下、ＰＭという）の堆積量が検出されるＰＭセンサにおいて、
    　目封じされないセル（以下、開放セルという）のうち対角方向一列に並ぶ複数の開放セルに前記第一の電極が挿入され、
    　前記第一の電極が挿入された各開放セルから縦横一方向に２つ目に隣接する開放セルを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セルに前記第二の電極が挿入され、
    　前記第一の電極が挿入された各開放セルから前記一方向とは反対方向に２つ目に隣接する開放セルを含む対角方向一列に並ぶ複数の開放セルにも前記第二の電極が挿入されたことを特徴とするＰＭセンサ。
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